Aktuator für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator, der im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs zwischen zwei schwenkbaren Stabilisatorhalften angeordnet ist. In dem Aktuator ist ein Stellantrieb integriert, der mit einem Kurven- bahngetriebe zusammenwirkt, welches zwei hohlzylindrisch gestaltete, koaxial zusammengefügte, zueinander verdrehbare Kurvenbahnträger einschließt. Jeder Kurvenbahnträger ist drehstarr mit einer Stabilisatorhälfte verbunden, in deren voneinander abweichend gestalteten Kurvenbahnen, drehbare Stützrollen geführt sind. Jeweils zwei Stützrollen sind auf radial ausgerichtete, mit einem Gehäuse verbundene Zapfen drehbar angeordnet. Das zylindrisch gestaltete Gehäuse umschließt eine Gewindemutter, die gemeinsam mit einer von einem Stellantrieb angetriebenen Gewindespindel einen Kugelgewindetrieb bildet.
Hintergrund der Erfindung
Zur Verbesserung des Fahrkomforts wird insbesondere für Premiumfahrzeuge nach Lösungen gesucht, die eine gewisse Wankstabilität sicherstellen. Dazu sind Aktuatoren bzw. Stabilisatoren bekannt, die beispielsweise bei Kurvenfahrt Wankbewegungen, d. h. Neigebewegungen des Fahrzeugs verhindern. Ein zwischen Stabilisatorhalften eingesetzter Aktuator hat dabei die Aufgabe, bei Kurvenfahrten die Wankbewegung, d. h. Neigebewegung des Fahrzeugaufbaus zu unterdrücken, indem beispielsweise mit einem geeigneten Stellglied
ein Gegenmoment aufgebracht wird. Zweckmäßigerweise ist das System zur Unterdrückung der Wankbewegung sowohl an der Vorderachse als auch der Hinterachse vorgesehen. Der Aufbau dieser Systeme umfasst Aktuatoren, die zwischen Stabilisatorenhälften einer konventionellen Drehstabfeder eingesetzt sind. Der im Aktuator bzw. Stabilisator integrierte Stellantrieb ermöglicht eine aktive Verdrehung, d. h. die Einleitung eines Gegendrehmomentes in die Stabilisatorhalften, die sich aufgrund der Wankbewegung gegenüber dem Aktuator verdreht. Dieses System verbessert den Fahrkomfort durch eine Reduzierung bzw. Unterdrückung der Wankbewegung des Fahrzeugsaufbaus und bewirkt gleichzeitig eine Entkopplung zwischen der linken und der rechten Fahrzeugseite bei einseitigen Fahrbahnanregungen. Weiterhin verbessert der Aktuator das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Zum technischen Umfeld der Aktuatoren, die zur Unterdrückung von Wankbewegungen eines Fahrzeugaufbaus eingesetzt sind, zählt die DE 100 02 455 A1.
Diese bekannte Stabilisatoranordnung bezieht sich auf einen Aktuator, bei dem in einem Gehäuse sowohl ein Stellantrieb als auch ein Kurvenbahngetriebe integriert sind. Das Kurvenbahngetriebe umfasst dabei zwei hohlzylindrisch gestaltete, zentrisch zueinander angeordnete Kurvenbahnträger, die voneinander abweichend gestaltete Kurvenbahnen umfassen. Ein Stellantrieb in Verbindung mit einem Kurvenbahngetriebe, der einen Kugelgewindetrieb umfasst bewirkt eine bedarfsabhängige Verstellung der Kurvenbahnträger des Aktua- tors bzw. die damit verbundenen Stabilisatorhalften.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen bauteiloptimierten und kostenoptimierten Kugelgewindetrieb für einen im Fahrwerk von Kraftfahrzeugen vorgesehenen Aktuator zu realisieren.
Gemäß der Erfindung ist dazu vorgesehen, das Koppelelement einstückig auszubilden. Dazu sind die Bauteile die Gewindemutter, das Gehäuse sowie die
Zapfen zu einem Bauteil zusammengefügt. Diese Maßnahme verringert entscheidend den Bauteileumfang und vereinfacht gleichzeitig die Montage, wodurch sich ein Kostenvorteil einstellt. Das einteilige Koppelelement verbessert insbesondere durch die kompakte Bauweise die Festigkeit bzw. die Tragfähigkeit des Kugelgewindetriebs. Der verringerte Bauteileumfang nimmt weiterhin unmittelbar Einfluss auf die Toleranzlage des Kugelgewindetriebs, da diese unmittelbar von der Anzahl der Bauteile bestimmt wird. Die optimierte Toleranzlage beeinflusst unmittelbar positiv die Funktion des Kugelgewindetriebs, wodurch gleichzeitig die Ansprechgeschwindigkeit des Aktuaors verbessert werden kann. Die Toleranzlage verringert gleichzeitig das Einbauspiel, was sich positiv auf die Geräuschentwicklung auswirkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Der erfindungsgemäße einteilige Aufbau des Koppelelementes ermöglicht vorteilhaft eine Außenumlenkung der kugelförmigen Wälzkörper des Kugelgewindetriebs. Diese Maßnahme nimmt einen positiven Einfluss sowohl auf die Reibung als auch auf die Geräuschentwicklung des Kugelgewindetriebs. Vorzugsweise ist zur Schaffung einer Außenumlenkung der Wälzkörper eine Rohrverbindung vorgesehen. Dazu verbindet ein axial zur Längsachse der Nabe verlaufendes Rohr zwei beidseitig in die Nabe eingebrachte Bohrungen.
Das Koppelelement ist vorzugsweise als ein Tripodeelement ausgebildet, das drei umfangsverteilt angeordnete jeweils um 120° zueinander versetzt in einer Ringebene radial ausgerichtete Zapfen aufweist. Diese Zapfenanordnung ermöglicht eine ideale Krafteinleitung bzw. Kraftübertragung zwischen der Gewindespindel und den Kurvenbahnträgern über das Koppelelement. Eine vergrößerte Zapfenanzahl führt zu einer toleranzkritischen Anordnung, verbunden mit einer Schwächung der Kurvenbahnträger, da die sich einstellende Stegbreite zwischen den Kurvenbahnen keine ausreichende Festigkeit der Kurvenbahnträger sicherstellt. Zum Ausgleich erfordert eine vergrößerte Zapfenzahl
des Koppelelementes größere Wandstärken der Kurvenbahnträger verbunden mit einem vergrößerten Bauraum mit einem Gewichtsnachteil.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen, einteiligen Koppelelementes bietet es sich vorzugsweise an, dieses Bauteil als ein Schmiedeteil auszubilden. Diese Herstellung ermöglicht ein Optimum zwischen der Festigkeit einerseits und dem Bauteilgewicht andererseits. Andererseits kann mit diesem Herstellverfahren das einteilig gestaltete Koppelelement in großen Stückzahlen kostengünstig, in einer hohen Qualität hergestellt werden.
Alternativ schließt die Erfindung zur Herstellung des einteilig ausgeführten Koppelelementes ein Fließpressverfahren ein. Außerdem kann das Koppelelement als ein Gussteil ausgebildet werden.
Die erfindungsgemäße einteilige Ausbildung des Koppelelementes sieht gemäß der Erfindung außerdem vor, dass allen Zapfen an einem Übergang zu der Nabe des Koppelelementes eine Abstützfläche aufweisen. Diese vorzugsweise kreisringförmig gestaltete Abstützfläche bildet vorteilhaft eine definierte Anlage für die Stützrollen.
Eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung des Koppelelementes sieht vor, dass jeder Zapfen stirnseitig, zentrisch eine Ausnehmung aufweist, in der eine Scheibe zur Sicherung der Stützrollen einsetzbar ist. Diese Ausnehmung kann weiterhin so ausgeführt werden, dass diese ein Schmierstoffreservoir bildet, von dem aus Stichkanäle zur Mantelfläche des Zapfens geführt sind, zur gezielten Schmierung der wälzgelagerten Stützrollen.
Die erfindungsgemäße einteilige Gestaltung des Koppelelementes vereinfacht die Montageschritte und reduziert damit gleichzeitig die Montagekosten. Die Montage des einteiligen Koppelelements umfasst die folgenden Schritte:
Zunächst wird das tripodeartig gestaltete Koppelelement, das drei um
120° zueinander versetzte Zapfen aufweist gegenüber den Kurvenbahnträgern positioniert; dazu wird das Koppelelement so ausgerichtet, dass dessen Längsmittelachse rechtwinklig zu einer Längsachse der Kurvenbahnträger steht; anschließend wird das Koppelelement radial von außen so in die Kurvenbahnen des inneren und des äußeren Kurvenbahnträgers eingeführt, dass zwei Zapfen des Koppelelementes schräg in Richtung der Kurvenbahnträger und der weitere Zapfen rechtwinklig zur Längsachse der Kurventräger ausgerichtet ist; bei einer Anlage der zwei Zapfen, die gemeinsam eine Bezugsebene bilden, an der Innenwandung des inneren Kurventrägers, erfolgt eine Verdrehung des Koppelelementes in eine Position, bei der die Längsmittelachse des Koppelelementes mit der Längsachse der Kurvenbahnträger übereinstimmt; in dieser Lageposition des Koppelelementes ist jeder Zapfen einer Kurvenbahn zugeordnet, wodurch anschließend die Montage der Stützrollen auf die Zapfen möglich ist und damit das Koppelelement gegenüber den Kurvenbahnträgern lagefixiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand von einem in insgesamt sieben Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 den Aufbau einer Kraftfahrzeug-Hinterachse, die mit einem erfindungsgemäßen Aktuator versehen ist, dem Stabilisatorhalften zugeordnet sind;
Figur 2 in einem Längsschnitt den erfindungsgemäßen Aktuator gemäß Figur 1 ;
Figur 3 in einer Schnittansicht das im Aktuator integriertes Koppelelement;
Figur 4 in einer Einzelteilzeichnung das erfindungsgemäße Koppelelement;
Figur 5 die Seitenansicht des in Figur 4 abgebildeten Koppelelementes;
Figur 6 das Koppelelement in Verbindung eines Kurvenbahnträgers;
Figur 7 eine Schnittansicht 7-7 gemäß Figur 6.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Hinterachse 1 eines Fahrzeugs dargestellt. Bei der als Längslenker-Hinterachse konzipierten Hinterachse 1 sind die Räder 2a, 2b an Längslenkern 3a, 3b geführt, wobei jedem Längslenker 3a, 3b ein Stoßdämpfer 4a, 4b zugeordnet ist, der eine Verbindung zwischen einer in Figur 1 nicht abgebildeten Karosserie und der Hinterachse 1 herstellt. Ein die Längslenker 3a, 3b verbindendes Führungsrohr 5 ist jeweils außenseitig über Tragarme 6a, 6b mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Dem Führungsrohr 5 sind Stabilisatorhalften 7a, 7b zugeordnet, zwischen denen ein Aktuator 8 eingesetzt ist.
Die Figur 2 zeigt den zylindrisch gestalteten Aktuator 8 in einem Längsschnitt. Dieser umfasst zwei koaxial zueinander angeordnete hohlzylindrische Gehäuse die Kurvenbahnträger 9, 10 die über Wälzlager 12, 13 zueinander verdrehbar angeordnet sind. Dabei ist der Kurvenbahnträger 9 drehstarr mit der Stabilisatorhälfte 7b und der weitere Kurvenbahnträger 10 in Verbindung mit einem zylindrischen Gehäuse 13 drehstarr mit der Stabilisatorhälfte 7a verbunden. In einem von dem Gehäuse 13 umschlossenen Einbauraum des Aktuators 8 ist
ein elektrischer Stellantrieb 14 integriert. Dieser als Elektromotor ausgeführte Stellantrieb 14 weist zentrisch einen Rotor 15 auf, der beidseitig über Wälzlager 16a, 16b, die in einem Flansch 17 und in einer Trennwand 18 eingesetzt sind, drehbar gelagert ist.
In Richtung der Stabilisatorhälfte 7b zeigend, übereinstimmend mit einer Längsachse 40, ist dem Rotor 15 eine Gewindespindel 19 zugeordnet, auf der ein Koppelelement 20 über einen Kugelgewindetrieb 21 axial verschiebbar ist. Der Kugelgewindetrieb 21 ist versehen mit einer Außenumlenkung 36, über die Wälzkörper des Kugelgewindetriebs 21 geführt werden. Das Koppelelement 20 ist versehen mit drei radial nach außen gerichteten Zapfen 22, die zur Aufnahme von zwei in radial unterschiedlichen Ebenen angeordneten Stützrollen 23, 24 vorgesehen sind. Jede Stützrolle 23, 24 ist dabei einer Kurvenbahn 25, 26 zugeordnet, die in den Kurvenbahnträgern 9, 10 eingebracht sind. Dabei bildet das Koppelelement 20 in Verbindung mit den Kurvenbahnträgern 9, 10 ein Kurvenbahngetriebe 27. Bei fahrendem Fahrzeug, ermöglicht der Aktuator 8 beispielsweise bei einem über die Stabilisatorhälfte 7b eingeleiteten Drehmoment im Uhrzeigersinn, siehe Pfeil, mittels des Stellantriebs 18 in Verbindung mit dem Kurvenbahngetriebe 27 ein entsprechendes Gegendrehmoment, das dem über die Stabilisatorhälfte 7b eingeleiteten Drehmoment entgegensteht und damit einen aktiven Wankausgleich sicherstellt.
Die Figur 3 zeigt das Koppelelement 20, gemeinsam mit den unmittelbar zugehörigen Bauteilen in einer Schnittdarstellung. Das Koppelelement 20 weist drei jeweils um 120° zueinander versetzte Zapfen 22 auf, denen jeweils zwei Stützrollen 23, 24 zugeordnet sind. Die wälzgelagerten Stützrollen 23, 24 sind in Kurvenbahnen 25, 26 der Kurvenbahnträger 9, 10 eingesetzt und darin verschiebbar geführt. Die Zapfen 22 sind jeweils stirnseitig mit einer zentrischen Ausnehmung 28 versehen, in die eine Scheibe 29 kraftschlüssig eingesetzt ist. In der Einbaulage überdeckt die Scheibe 29 teilweise die Stützrolle 24 und bildet damit eine Lagefixierung beider Stützrollen 23, 24. Die Ausnehmung 28 kann weiterhin als ein Schmierstoffreservoir vorgesehen werden, indem die
Scheibe 29 die Ausnehmung 28 dichtend verschließt. Ergänzend sind dazu von der Ausnehmung 28 Stichkanäle 30, 31 in Richtung einer Mantelfläche des Zapfens 22 geführt, zur gezielten Schmierung der Wälzlager 32, 33 der Stützrollen 23, 24.
Das Koppelelement 20 als Einzelteil zeigen die Figuren 4 und 5. Diese Darstellungen verdeutlichen eine relativ geringe Breite „Bι" der Nabe 35 des Koppelelements 20. Diese bauteiioptimierte Gestaltung der Nabe 35 ist realisierbar aufgrund der Außenumlenkung 36 für die Wälzkörper des Kugelgewindetriebs 21 , bei dem die Kugeln über eine außenseitig der Nabe 35 verlaufende Rohrverbindung zwischen zwei Bohrungen 37, 38 der Nabe geführt werden. Die Figuren 4 und 5 verdeutlichen weiterhin die Gestaltung der zentrisch in die Stirnseite des Zapfens 22 eingebrachte Ausnehmung 28. Zur Erzielung einer innenseitigen, zur Nabe 35 gerichteten Anlage des Wälzlagers 32 sowie der Stützrolle 23 bildet die Nabe 35 eine Abstützfläche 34.
Die Figuren 6 und 7 zeigen das erfindungsgemäße Koppelelement 20 in Verbindung mit dem Kurvenbahnträger 9. Diese Darstellungen verdeutlichen insbesondere das erfindungsgemäße bauraumoptimierte, einstückig gestaltete Koppelelement 20. Gleichzeitig ist der Kurvenbahnträger 9 mit Versteifungsmaßnahmen in Form von längs verlaufenden Sicken 39 versehen, die jeweils zwischen den Kurvenbahnen 25 längs verlaufend angeordnet sind. Die Montage des einteilig gestalteten Koppelelementes 20 in den ebenfalls einteiligen Kurvenbahnträger 9 ist realisierbar durch folgende maßliche Abstimmungen. Eine Breite „Bi" der Nabe 35 des Koppelelementes 20 ist kleiner ausgeführt als eine Nutbreite „B2" der Kurvenbahn 25 des Kurvenbahnträgers 9. Die Nutlänge „B4" der Kurvenbahn 25 ist so ausgeführt, dass dieses Maß ein Spitzenmaß „B3", das sich zwischen den Zapfen 22 gemäß Figur 4 einstellt, übertrifft. Zusätzlich erfolgt eine konstruktive Abstimmung zwischen dem Koppelelement 20 und dem Kurvenbahnträger 2 in der Form, dass ein Höhenmaß „B5", das sich gemäß Figur 7 zwischen einer Innenwandung 42 des Kurvenbahnträgers 9 und einer Wandung der Kurvenbahn 25 einstellt, das Maß „B6" an dem Zapfen 22
gemäß Figur 7 übertrifft. Unter Beachtung dieser Vorgaben ist die Montage des auch als Tripodenmutter zu bezeichnenden Koppelelementes 20 in den Kurvenbahnträger 9 möglich.
Zur Montage wird zunächst das Koppelelement 20 entgegen der Darstellung in Figur 7, um 90° verdreht, so dass die zwei in gleicher Ebene nach unten zeigenden Zapfen 22 übereinstimmend mit der Längsachse 40 des Kurvenbahnträgers 9 in die Kurvenbahn 25 eingeführt werden. In einer Lageposition, in der die Unterkanten der beiden Zapfen 22 die Bezugsebene 41 bilden, die eine Verbindung der Zapfenunterkante darstellt, auf die Innenwandung 42 des Kurvenbahnträgers stößt, erfolgt eine Verdrehung des Koppelelementes 20 in die der Figur 7 entsprechende Position, die der Einbaulage entspricht.
Bezugszahlen
Hinterachse 25 Kurvenbahn a Rad 26 Kurvenbahn b Rad 27 Kurvenbahngetriebe a Längslenker 28 Ausnehmung b Längslenker 29 Scheibe a Stoßdämpfer 30 Stichkanal b Stoßdämpfer 31 Stichkanal
Führungsrohr 32 Wälzlager a Tragarm 33 Wälzlager b Tragarm 34 Abstützfläche a Stabilisatorhälfte 35 Nabe b Stabilisatorhälfte 36 Außenumlenkung
Aktuator 37 Bohrung
Kurvenbahnträger 38 Bohrung 0 Kurvenbahnträger 39 Sicke 1 Wälzlager 40 Längsachse 2 Wälzlager 41 Bezugsebene 3 Gehäuse 42 Innenwandung 4 Stellantrieb 5 Rotor 6a Wälzlager 6b Wälzlager 7 Flansch 8 Trennwand 9 Gewindespindel 0 Koppelelement 1 Kugelgewindetrieb 2 Zapfen 3 Stützrolle 4 Stützrolle